Как образуется кислородный газ во время фотосинтеза?

Фотосинтез - это процесс, с помощью которого растения, некоторые бактерии и простейшие синтезируют молекулы сахара из углекислого газа, воды и солнечного света. Фотосинтез можно разделить на две стадии: светозависимая реакция и светонезависимая (или темная) реакция. Во время световых реакций электрон отрывается от молекулы воды, освобождая атомы кислорода и водорода. Свободный атом кислорода соединяется с другим свободным атомом кислорода с образованием газообразного кислорода, который затем выделяется.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Атомы кислорода создаются во время светового процесса фотосинтеза, и два атома кислорода затем объединяются, образуя газообразный кислород.

Основная цель световых реакций в фотосинтезе - выработка энергии для использования в темных реакциях. Энергия собирается из солнечного света, который передается электронам. Когда электроны проходят через ряд молекул, протонный градиент образует мембраны. Протоны проходят через мембрану через фермент, называемый АТФ-синтазой, который генерирует АТФ, молекулу энергии, используемую в темных реакциях, где диоксид углерода используется для производства сахара. Этот процесс называется фотофосфорилированием.

Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование относятся к источнику и назначению электрона, используемого для генерации протонного градиента и, в свою очередь, АТФ. При циклическом фотофосфорилировании электрон возвращается обратно в фотосистему, где он снова получает энергию и повторяет свой путь через световые реакции. Однако в нециклическом фотофосфорилировании конечной стадией электрона является создание молекулы НАДФН, также используемой в темновых реакциях. Это требует ввода нового электрона, чтобы повторить световые реакции. Потребность в этом электроне приводит к образованию кислорода из молекул воды.

У фотосинтезирующих эукариот, таких как водоросли и растения, фотосинтез происходит в специальной клеточной органелле, называемой хлоропластом. Внутри хлоропластов находятся тилакоидные мембраны, которые обеспечивают внутреннюю и внешнюю среду для фотосинтеза. Мембраны тилакоидов присутствуют во всех фотосинтезирующих организмах, включая бактерии, но только эукариоты содержат эти мембраны внутри хлоропластов. Фотосинтез начинается в фотосистемах, расположенных внутри тилакоидных мембран. По мере того, как световые реакции фотосинтеза прогрессируют, протоны упаковываются внутри мембранных пространств, создавая протонный градиент через мембрану.

Фотосистемы - это сложные структуры с участием пигментов, расположенных внутри тилакоидной мембраны, которые возбуждают электроны с помощью световой энергии. Каждый пигмент настроен на определенную часть спектра света. Центральный пигмент - хлорофилл? который выполняет дополнительную роль по сбору электрона, который используется в последующих световых реакциях. В центре хлорофилла? ионы, которые связываются с молекулами воды. Когда хлорофилл возбуждает электрон и отправляет электрон за пределы фотосистемы к ожидающим молекулам рецептора, электрон вытесняется из молекул воды.

Поскольку электроны отрываются от молекул воды, вода распадается на составляющие атомы. Атомы кислорода двух молекул воды объединяются с образованием двухатомного кислорода (O₂). Атомы водорода, которые представляют собой одиночные протоны, у которых отсутствуют свои электроны, способствуют созданию протонного градиента в пространстве, ограниченном тилакоидной мембраной. Двухатомный кислород высвобождается, и центр хлорофилла связывается с новыми молекулами воды, чтобы повторить процесс. Из-за вовлеченных реакций четыре электрона должны получить энергию от хлорофилла, чтобы образовалась единственная молекула кислорода.